![Page 1: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/1.jpg)
Ю. Посудін. Моніторинг довкілля з основами метрологіїЛекція 12в
ВІДКРИТІ ТА МІКРОСИСТЕМИ АНАЛІЗУ НАВКОЛИШНЬОГО СЕРЕДОВИЩА
Yuriy PosudinEnvironmental Monitoring with Fundamentals of Metrology
Lecture 12cOPEN AND MICROSYSTEMS OF ENVIRONMENTAL ANALYSIS
![Page 2: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/2.jpg)
Диференційнийабсорбційний спектрометр
Диференційний абсорбційний спектрометр (Differential Optical Absorption Spectrometer, DOAS) базується на здатності забруднювачів поглинати світло на різних довжинах хвиль.
![Page 3: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/3.jpg)
Диференційний абсорбційний спектрометр(DOAS)
![Page 4: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/4.jpg)
СПЕКТРОСКОПІЯ ФУР’Є ПЕРЕТВОРЕННЯ
Згідно з Фур’є будь-яке складне коливання y(t) можна представити як комбінацію достатньо великої кількості синусоїдних та косинусоїдних хвиль, які утворюють ряд Фур’є :
y(t) = (Ansin2nt + Bncos2nt),
де An і Bn амплітуди гармонічних коливань; n частота n-го коливання
![Page 5: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/5.jpg)
Розкладання складного коливання в ряд
Фур’є
![Page 6: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/6.jpg)
Форми акустичного сигналу
камертона, флейти та кларнета
![Page 7: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/7.jpg)
Cпектри музикальних інструментів
![Page 8: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/8.jpg)
Фур’є-перетворення
S(t) – частотний масштаб; І(t) – часовий масштаб
Тут сигнал S(t) являє собою суму всіх гармонік у частотному домені, а І(t)– у часовому домені.
![Page 9: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/9.jpg)
Порівняння інтерферограм
та оптичних спектрів
![Page 10: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/10.jpg)
Фур’є-перетворення Монохроматичне випромінювання
ν
I
1 2
Monochromatic Radiation
M1
M2
50%
![Page 11: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/11.jpg)
Фур’є-перетворення Поліхроматичне випромінювання
ν
I
1 2
Polychromatic Radiation
M1
M2
50%
ν
![Page 12: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/12.jpg)
Відкрита системаФур’є-спектрометра
![Page 13: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/13.jpg)
Відкрита системаФур’є-спектрометра
![Page 14: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/14.jpg)
Застосування відкритої системи Фур’є-спектрометра
![Page 15: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/15.jpg)
МІКРОАНАЛІЗ АТМОСФЕРНИХ ГАЗІВ
![Page 16: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/16.jpg)
Портативні газоаналізатори• Мобільний моніторинг
навколишнього середовища за допомогою портативних газоаналізаторів, які характеризуються високою чутливістю та високою роздільною здатністю, став поширеним в останні роки під час досліджень забруднення повітря, детектування нервових газів та продуктів вибухів внаслідок терористичної діяльності.
![Page 17: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/17.jpg)
Методи вологої та сухої хімії
• Методи вологої хімії базуються на збиранні газів, накачуванні цих газів у колектор з подальшою їх участю у хімічних реакціях та колориметрією або флуориметрією зразка. Цей метод використовують для аналізу неорганічних газів та тих газів, що розчинюються у воді.
• Методи сухої хімії застосовують для органічних газів через суху предконцентрацію газів.
![Page 18: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/18.jpg)
МІНІАТЮРНІ СИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ НА ОСНОВІ ВОЛОГОЇ ХІМІЇ
• Рідкі краплини та рідкі плівки
• Рідкі краплини та рідкі плівки, які мають велике відношення площі поверхні до об’єму, зручні для збирання розчинених у воді газів.
• Принцип дії• Коли газовий потік
проходить через рідку краплину, розчинні компоненти, які містяться у газі, дифундують та розчинюються в цій краплині.
![Page 19: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/19.jpg)
Принцип дії
![Page 20: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/20.jpg)
Гази та частинки
• Дуже часто виникає необхідність розділяти газ від частинок певними фізичними засобами, оскільки та ж сама субстанція, що аналізується, може знаходитися в обох фазах.
• Через те, що коефіцієнти дифузії газу у близько 4 рази більший, ніж у дрібних частинок атмосферних аерозолів, очевидною уявляється можливість розділення газів та частинок за дифузійними параметрами.
![Page 21: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/21.jpg)
Гази та частинки
• Краплина води є природним колектором розчинних газів.
• Яскравим прикладом є відчуття свіжого повітря після дощу чи зливи.
• Цікаво відмітити також, що під час випаровування газів з поверхні краплини потік молекул, що залишають поверхню, не дає частинкам наблизитися до краплини.
Частинки
Газ
![Page 22: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/22.jpg)
Краплинний колекторLiu, Dasgupta, 1995, Anal Chemistry, 67(13): 2042-2049
• Один кінець кварцового капіляра розташований у центрі трубки великого діаметра, вздовж якої пропускають газ, що аналізується.
• Необхідний розчин накачується через капіляр, на кінці якого утворюється краплина для збирання газів.
• Газ проходить через краплину, молекули газу дифундують через її поверхню і збираються в ній.
• Концентрація газів у краплині визначається після засмоктування краплини в автоматизовану систему реєстрації.
![Page 23: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/23.jpg)
Краплинний колекторLiu, Dasgupta, 1995, Anal Chemistry, 67(23): 4221-4228
• Ще одна модифікація приладу передбачає використання краплини розчину з реагентом, яка формується на кінці трубки в циліндричній камері.
• Краплина являє собою не лише колектор для збирання газів, але й реактор, де відбувається хромогенна (із зміною кольору) реакція; колір розчину залежить від концентрації зібраних газів.
![Page 24: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/24.jpg)
Вимірювання NO2 на ppb рівніA.A.Cardoso and P. K. Dasgupta (1995) Analytical Cmemistry in a Liquid
Film/Droplet//Anal. Chemistry, 67(15): 2562-2566.
• Експериментальна установка складається з двох оптичних волокон, які знаходяться у контакті з двох сторін краплини (14-57 мклітрів об’ємом), яка підтримується U-подібною платиновою проволокою та двома тефлоновими трубками.
![Page 25: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/25.jpg)
Вимірювання NO2 на ppb рівніA.A.Cardoso and P. K. Dasgupta (1995) Analytical Cmemistry in a Liquid
Film/Droplet//Anal. Chemistry, 67(15): 2562-2566.
• Оптичне випромінювання (555 нм) подається на рідку плівку, що утворюється на платиновій рамці краплиною, в якій знаходиться реагент Griess-Saltzman.
• Випромінювання, що пройшло через плівку, реєструється фотодетектором.
• Газ, що аналізується, проходить через краплину.
• Сигнал, що реєстрється детектором, пропорційний концентрації газу.
![Page 26: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/26.jpg)
Мініатюрні мембрани з дифузійною пасткою
• Використовують мембрану, що здатна підтримувати розділення двох фаз – рідина та повітря.
• Для мембран використовують такі матеріали як політетрафлуоретилен, пористий поліпропилен, та полідіметилсилоксан.
• Молекули газу з повітря дифундують через мембрану та захоплюються в ній. Типовий об’єм такої мембрани становить близько 100 мікролітрів.
• Такі системи використовують для аналізу SО2, NH3, Cl2, H2O2, H2S, HCHO.
![Page 27: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/27.jpg)
Визначення атмосферного сульфіду водню на основі мембрани з дифузійною пасткою
Kei Toda et al., Anal. Sciences, 2001, 17: Suppl., 1407-1410.
• В основі дифузних пасток лежить використання гідрофобних пористих мембран для розділення рідкої та твердої фаз речовини. Молекули повітря дифундують через мембрану та захоплюються пасткою.
• Сульфід водню утворюється на смітниках, нафтових родовищах та інших анаеробних джерелах. Він характеризується міцним запахом.
![Page 28: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/28.jpg)
Вимірювання атмосферного H2SKei Toda et al., Anal. Sciences, 2001, 17: Suppl., 1407-1410.
• Пропонуються автоматизовані системи портативних флуориметрів для вимірювання атмосферного H2S.
• Повітря, що аналізується, направляють через дифузійну мембранну скребачку (membrane based diffusion scrabber), що збирають його у колекторі, заповненому флуоресцеін-ртутним ацетатним розчином (FMA ).
• Сульфід водню, що збирається, гасить флуоресценцію розчину.
• Інтенсивність випромінювання флуоресценції, що вимірюється, пропорційна концентрації атмосферного H2S.
![Page 29: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/29.jpg)
Мембранна трубка для аналізу газу
• Тефлонова трубка є прозора для оптичного випромінювання; коефіцієнт заломлення тефлону менший, ніж у води, отже він разом з розчином виконує функції рідкого світловоду
![Page 30: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/30.jpg)
Мембранна трубка для аналізу газу
• Випромінювання флуоресценції від світлового діода (460 нм) розсіюється на розчині і збуджує його флуоресценцію з максимумом при 530 нм, яка реєструється детектором. Інтенсивність останньої залежить від концентрації FMA.
![Page 31: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/31.jpg)
Мембранна трубка для аналізу газу
• Є ще конструкції − з детектором V-подібної форми (рис. 1, b), в якій світлодіод має прямий контакт з розчином, або з перпендикулярним розташуванням трубки та фотодіода (рис. 1,с).
• Такі системи застосовують для аналізу таких газів як H2O2, CH3HO2, HCHO, H2S, CH3SH, SO2.
![Page 32: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/32.jpg)
Пористі трубчаті колектори/детектори та рідкі світловоди
• Пориста трубка виконує у даному випадку функції як газового колектора, так й довгої і тонкої оптичної чарунки, яка поєднана з джерелом світла та фотодетектором. Довга трубка має переваги, оскільки забезпечує збільшення поглинання. Такі системи застосовують для аналізу NO2, O3, Cl2, H2S, CO2, HONO.
![Page 33: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/33.jpg)
МІКРОСИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДІ ГАЗІВ
Ohira and Toda, Lab. Chip, 2005, 5: 1374-1379.
• В цих системах застосовують мікропотоки. Чутливість Сs таких приладів обернено пропорційна товщині d поглинаючого шару, який формується мікроканалами, та прямо пропорційна часу Т поглинання
Сs = kТCg /d,
• де Сs − концентрація газу, що аналізується, у розчині; k − швидкість проникності газу через мембрану; Т − час поглинання газу; Cg − концентрація газу, що аналізується, у зразку; d − товщина шару поглинання.
![Page 34: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/34.jpg)
МІКРОСИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДІ ГАЗІВ
Ohira and Toda, Lab. Chip, 2005, 5: 1374-1379.
• Система складається з мініатюрних помпи, колектора, реактора та детектора. Для отримання суттєвого поглинання колектор містить систему шестигональних мікроканалів (як у бджолиній чарунці).
• Близько 500 шестигональних мікроканалів нанесені методом фотолітографії на прозору пластикову пластину (26х76 мм). Довжина сторони окремої чарунки становить 600 мкм, а товщина кожного каналу − 100 мкм.
Таку систему було застосовано для вимірювання H2S та SO2 на ppb-рівні.
![Page 35: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/35.jpg)
МІКРОСИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДІ ГАЗІВ
Ohira and Toda, Lab. Chip, 2005, 5: 1374-1379.
![Page 36: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/36.jpg)
МІКРОСИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДІ ГАЗІВ
Ohira and Toda, Lab. Chip, 2005, 5: 1374-1379.
![Page 37: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/37.jpg)
МІКРОСИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ ДЛЯ РОЗЧИНЕНИХ У ВОДІ ГАЗІВ
Ohira and Toda, Lab. Chip, 2005, 5: 1374-1379.
• Система містить: SCB − вапняно-вуглецеву камеру; MP − мікропомпу; HS − пастку у формі бджолиних чарунок; FD − флуоресцентний детектор; CD − детектор провідності; 3SV − трипозиційний клапан.
![Page 38: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/38.jpg)
Мобільна мікросистема для вимірювання NO та NO2
Toda et al., Anal. Chem. Acta, 2007, 603: 60-65.
• Газ збирається у мікроканальну пастку МCS, яка являє собою набір гексагональних мікроканалів.
• Поглинаючий розчин (3% triethanоlamine) ТЕА подається через пастку зі швидкістю 0,1 мл/хв за допомогою помпи MP.
• Після проходження пастки розчин негайно змішується з розчином реагента GS (Griess-Saltzman), після чого він набуває рожевого кольору.
• Поглинання розчину, що пропорційно концентрації NO та NO2, вимірюється мініатюрним детектором D.
![Page 39: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/39.jpg)
Мобільна мікросистема для вимірювання NO та NO2
Toda et al., Anal. Chem. Acta, 2007, 603: 60-65.
![Page 40: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/40.jpg)
Мініатюрний детектор
![Page 41: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/41.jpg)
Мікроконвертор NO в NO2
![Page 42: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/42.jpg)
Типова карта розподілу NO2 над земною поверхнею
![Page 43: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/43.jpg)
МІНІАТЮРНІ СИСТЕМИ ГАЗОВОГО АНАЛІЗУ НА ОСНОВІ СУХОЇ ХІМІЇ
Більшість таких атмосферних забруднювачів як:
– леткі органічні сполуки (ЛОС);– леткі сірчані сполуки (ЛСС);– ізопрен та ін. не розчинюються у воді, через що
методи вологої хімії не можуть бути застосовані до цих сполук.
![Page 44: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/44.jpg)
Леткі сірчані сполуки ЛСС
• Леткі сірчані сполуки ЛСС є продукти випаровування відходів, з неприємним запахом, вкрай токсичні та з корозійними властивостями.
• ЛСС висилаються седиментами в зоні узбережжя, перетворюються у SO2 та можуть бути ядрами конденсації хмар.
![Page 45: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/45.jpg)
Диметилсульфід ДМС
• Диметилсульфід (DMS) — органосірчана сполука з формулою (CH3)2S.
• Диметилсульфід є водонерозчинною горючою рідиною, що кипить при 37 °C і має характерний неприємний запах.
• Ця речовина утворюється при приготуванні деяких овочів, таких як кукурудза, капуста і буряк, та морепродуктів.
• Диметилсульфід ДМС також висилається морською поверхнею та водоростями.
![Page 46: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/46.jpg)
Метилмераптан СH3SH
• Меркаптани – органічні похідні сірководню з загальною формулою RSH, де R – вуглеводневий радикал.
• Меркаптани – легколеткі
рідини
(метилмеркаптан – газ)
з сильним, неприємним запахом
![Page 47: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/47.jpg)
Ізопрен
• Ізопреz н СН2=С(СН3)—СН=СН2 — ненасичений вуглеводень, безбарвна рідина, розчинна в етанолі.
• Однак, ця сполука є надзвичайно леткою через низьку температуру кипіння.
• Більшість атмосферного ізопрену обумовлено емісією рослинних покривів. Ізопрен утворюється та висилається в атмосферу багатьма видами дерев (дуб, тополя, евкаліпт) та овочами.
• Щорічна продукція ізопрену становить 6·108 т.
• За високими концентраціями може бути небезпечною забруднюючою речовиною та токсикантом.
![Page 48: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/48.jpg)
Ізопрен
• Ізопрен (2-метил-1,3-бутадієн) є продукт життєдіяльності бактерій; він є попередником атмосферного формальдегіду під час росту рослин.
• Ізопрен складає приблизно половину вмісту природних летких органічних сполук.
• Концентрація ізопрену в атмосфері коливається від 0 до більш ніж 30 ррb впродовж дня.
![Page 49: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/49.jpg)
Методи хемілюмінесценції• Принцип дії аналізу газів на основі хемілюмінесценції
базується на розташуванні фотопомножувача безпосередньо поблизу реакційної камери, де утворюється озон з повітря або кисню. Реакції різних газів (NO, ізопрен, диметилсульфід DMS) наведено нижче:
• NO →NO*2 → NO2 + hν (λmax 1200 nm) (1)
• СН2=С(СН3)CH=СН2 → HCHO* → HCHO + hν
(λmax 410, 430 nm) (2)
• CH3SCH3 → SO → SO*2 → SO2 + hν
(λmax 370 nm) (3)
![Page 50: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/50.jpg)
Хемілюмінесценція газів характеризується певними спектрами. Типові спектри разом зі
спектральними кривими чутливості фотопомножувачів наведено на рисунку:
Toda and Dasgupta, Chem.Eng.Comm, 2008, 195: 82-97
![Page 51: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/51.jpg)
Кювети з газами, що підлягають аналізу
Toda and Dasgupta, Chem.Eng.Comm, 2008, 195: 82-97
![Page 52: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/52.jpg)
Хемілюмінесценція ізопренуOhira et al., Anal. Chem. 2007, 79: 2641-2649.
• Особливістю ізопрену є його здатність вступати у реакцію з озоном, яка супроводжується хемілюмінесценцією з максимумом при 410 нм.
![Page 53: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/53.jpg)
Мікроекстракція твердої фази (SPME)
• Метод базується на використанні колонки, покритої рідким (полімер) або твердим (сорбент) екстрагентом.
• Кількість речовини, що екстрагується, пропорційна концентрації зразка.
![Page 54: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/54.jpg)
Сорбенти• Сорбенти – тверді тіла або рідини, що
вибірково поглинають (сорбують) з довкілля гази, пару або розчинені речовини.
Залежно від характеру сорбції розрізняють • абсорбенти – тіла, що утворюють з
поглинутою речовиною твердий чи рідкий розчин,
• адсорбенти - тіла, що поглинають речовину на своїй поверхні (зазвичай, дуже розвиненій) та
• хімічні поглиначі, які зв’язують речовину, що поглинається, за рахунок хімічної взаємодії.
![Page 55: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/55.jpg)
Сорбенти
![Page 56: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/56.jpg)
Метод предконцентраціїOhira et al., Anal Chem., 2007, 79: 2641-2649
![Page 57: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/57.jpg)
![Page 58: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/58.jpg)
Метод предконцентраціїOhira et al., Anal Chem., 2007, 79: 2641-2649
• Газ, що аналізується, подається на колонку (300 мм×6,5 мм) з твердим вуглецевим сорбентом, що нагрівається до 55 0С (4,5 В).
• Повітряний потік подається в систему для отримання нульового сигналу.
• Ізопрен, що виділився за нагріванням до 155 0С
• (10,5 В), поступає в камеру, де бере участь у реакції з озоном, яка супроводжується хемілюмінесценцією.
• Срібний картридж необхідний для вилучення сірчаних газів.
• Тут: MCF – mass flow controllers.
![Page 59: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/59.jpg)
Хемілюмінесценція ЛСС(метилмеркаптану та ДМС)
![Page 60: Yuriy Posudin Environmental Monitoring with Fundamentals of Metrology Lecture 12c](https://reader036.vdocuments.us/reader036/viewer/2022062721/56813863550346895da012fc/html5/thumbnails/60.jpg)
Чутливість системи
• Диметилсульфід ДМС – 10 ppb
• Метилмеркаптан СH3SH – 10 ppb
• NO – 100 ppb
• Ізопрен – 185 ppb